TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG
QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
CHUYÊN ĐỀ 09:
BỂ LỌC NHANH TRỌNG LỰC
TP.HCM, tháng 11 năm 2014.
Mục lục
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
1. Mục tiêu và phạm vi :
Mục tiêu nghiên cứu : Tính toán thiết kế bể lọc nhanh, ứng dụng của bể lọc trong
đời sống và quá trình vận hành, bảo trì bể lọc.
Phạm vi nghiên cứu : Bể lọc nhanh trọng lực.
2. Nội dung
Chuyên đề đi sâu vào nghiên cứu về cách phân loại bể lọc, tính toán thiết kế bể lọc
nhanh trọng lực, quá trình thau rửa và vận hành bể lọc. Đồng thời chuyên đề còn
nghiên cứu về ưu và nhược điểm của bể lọc nhanh trọng lực so với các loại bể lọc
khác trong xử lý nước.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Hình thành ý tưởng dàn bài, các nội dụng cần thiết cho chuyên đề
- Sử dụng các bài báo nước ngoài đã được công bố, chọn lọc những thông tin hay,
mới, hiệu quả để xây dựng chuyên đề. Đồng thời tham khảo các tài liệu có liên quan
nhằm hỗ trợ kiến thức trong quá trình thực hiện. Kết hợp sử dụng các thông tin phù
hợp, mới lạ, xác thực.
- Tham khảo tài liệu tiếng việt và giảng viên để nắm chắc thông tin.
- Chỉnh sửa bài làm.
1
LỜI MỞ ĐẦU
Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, góp phần vào sự
thành công trong các chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội,
bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia. Hiện nay, nguồn tài nguyên thiên nhiên quý
hiếm và quan trọng này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt. Nguy
cơ thiếu nước, đặc biệt là nước ngọt và nước sạch là một hiểm họa lớn đối với sự
tồn vong của con người cũng như toàn bộ sự sống trên trái đất. Do đó, con người
cần phải có các biện pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước. Phải
giữ cho nguồn nước sạch, thậm chí hứng từng giọt nước; tái chế nước bẩn thành
nước sạch. Vai trò của nước đối với sản xuất và đời sống là vô cùng quan trọng
nhưng hiện nay vấn đề đặt ra với chúng ta là phải bảo vệ nguồn nước nhất là nước
ngọt một cách triệt để nhất vì cuộc sống của chúng ta và tương lai .Chính vì vậy để
đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cho người dân thì việc xử lí nước cấp là hết sức
quan trọng để đảm bảo chất lượng của bộ Y Tế quy định. Hiện nay đã có nhiều
phương pháp xử lí nước, bên cạnh một số phương pháp hiện đại như tuyển nổi,
phương pháp màng thì phương pháp lọc truyền thống vẫn được áp dụng rộng rãi
cho các nhà máy xử lí nước và đạt hiệu quả cao. Đó cũng là nội dung chuyên đề mà
nhóm chúng tôi hướng đến “ Nghiên cứu về bể lọc nhanh trọng lực”
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Lịch sử lọc
Một thế kỷ trước lọc nước hầu như không cần thiết. Các con sông thường sạch sẽ và
không bị ô nhiễm. Nước được lấy từ sông bằng tay hoặc bằng máy bơm đơn giản và
được sử dụng bởi con người mà không có bất kỳ hình thức thanh lọc nào. Do sự gia
tăng dân số và ngành công nghiệp nước sông đã trở nên ô nhiễm và thanh lọc nước
trở nên cần thiết. Ban đầu bộ lọc cát chậm được sử dụng. các bộ phận của bộ lọc
bao gồm vỏ lớn, có chứa cát, với một đường ống thoát nước ở phía dưới. Sau đó,
một lượng nước khổng lồ cần xử lý gây ra một mong muốn cho một kỹ thuật lọc
nhanh hiệu quả hơn.
Kỹ thuật mới này được gọi là lọc cát nhanh, trong đó yêu cầu bề mặt lọc ít hơn rất
nhiều. Tuy nhiên, phương pháp lọc cát nhanh yêu cầu về người quản lý nhiều hơn vì
làm sạch các bộ lọc được thực hiện bằng cách rửa ngược mà đòi hỏi phải có máy
bơm nước và không khí. Ngoài ra, việc xây dựng các nhà máy lọc phải được thay
đổi để cho phép các bể lọc rửa ngược với nước và không khí.
1.2. Giới thiệu về quá trình lọc
Lọc là quá trình truyền nước qua các lớp vật liệu để loại bỏ các hạt và các tạp chất
khác, bao gồm các bông keo tụ từ nguồn nước đưa vào xử lý. Những tạp chất bao
gồm các hạt lơ lửng ( bùn mịn và đất sét), vật chất sinh học ( vi khuẩn, sinh vật phù
du, bào tử, u nang, hoặc vật chất khác) và các bông keo tụ. Các vật liệu được sử
dụng trong các bộ lọc cung cấp nước công cộng bình thường là lớp cát, than đá,
hoặc các dạng vật liệu khác). Quá trình lọc có thể được phân thành 2 loại ( theo vận
tốc lọc) là: lọc nhanh và lọc chậm. Lọc chậm là hình thức lọc đầu tiên. Được xây
dựng bời John Gibb của Paisley, vào năm 1804 để xử lý nước cho phân xưởng tẩy
trắng khu vực Scotland. Lọc cát chậm được sử đầu tiên để xử lý nước cho sông
Thames ở London vào năm 1820. Từ khoảng những năm 1930 xử lý nước bởi keo
tụ và lọc nhanh trọng lực hoặc lọc áp lực có xu hướng thay thế lọc cát chậm trong
một nhà máy xử lý nước, trong một số trường hợp lọc cát chậm được thay thế bằng
bộ lọc nhanh trọng lực.
Lọc có thể được so sánh như một cái rây hoặc vi lọc mà giữ lại các tạp chất giữa các
hạt lọc của lớp vật liệu lọc. Tuy nhiên, vì hầu hết các hạt lơ lửng có thể dễ dàng đi
qua không gian giữa các hạt của lớp vật liệu lọc, hấp phụ là quá trình quan trọng
nhất trong lọc.
Lọc chủ yếu phụ thuộc vào sự kết hợp của cơ chế vật lý và hóa học phức tạp, quan
trọng nhất là sự hấp thụ. Sự hấp phụ là quá trình của các hạt dính vào bề mặt của
các hạt lọc riêng lẻ hoặc vào các vật liệu lắng đọng trước đó. lực hút và giữ các hạt
vào các hạt cũng giống như những người làm việc trong keo tụ và kết bông. Trong
3
thực tế, keo tụ và kết bông có thể xảy ra trong các bể lọc, đặc biệt là nếu keo tụ và
kết bông trước khi lọc không được kiểm soát đúng cách. chưa hoàn thành keo tụ có
thể gây ra vấn đề nghiêm trọng trong hoạt động của bộ lọc.
1.3. Phân loại lọc
1.3.1. Theo vật liệu lọc
- Vật liệu lọc đơn (cát hoặc than)
- Vật liệu lọc kép (than và cát)
- Đa vật liệu lọc (than, cát, garnet)
Bộ lọc đa lớp vật liệu lọc là loại lọc tốt hơn hết trong các loại lọc.
Khối lượng lỗ rỗng có sẵn là tối đa ở đầu lọc và giảm dần đến mức tối thiểu tại
dưới cùng của bộ lọc.
1.3.2. Theo dòng chảy qua lớp vật liệu lọc
Bộ lọc trọng lực: Mở cửa cho không khí. Dòng chảy qua lớp vật liệu lọc đạt được
bằng trọng lực
Bộ lọc áp suất: Lớp vật liệu lọc được chứa trong bình chịu áp suất. Nước được
chuyển giao cho bể chứa dưới áp lực.
1.3.3. Theo tốc độ lọc
- Lọc cát nhanh
- Lọc cát chậm
1.3.4. Theo cơ chế điều khiển dòng chảy
- Tốc độ không đổi (áp suất liên tục hoặc áp suất thay đổi)
- Tỷ lệ giảm dần ( áp suất liên tục hay áp suất thay đổi)
1.4. Bể lọc nhanh trọng lực
1.4.1. Giới thiệu về bể lọc nhanh trọng lực
Các bộ lọc nhanh trọng lực thường được sử dụng trong xử lý bề mặt nguồn cung
cấp nước. Nó bao gồm một cấu trúc để chứa các đơn vị, các lớp vật liệu lọc bộ, một
hệ thống thoát nước phía dưới, một hệ thống rửa lọc, và một hệ thống xử lý chất
thải. Diện tích lọc nên được chia thành ít nhất hai đơn vị riêng biệt để cho phép hoạt
động linh hoạt. Một số hình thức tiền xử lý nước thô, như lắng đọng trầm tích,
thường là cần thiết.
Trong quá trình lọc, nước chảy lên trên cùng của các lớp vật liệu lọc và được điều
khiển thông qua bằng trọng lực. Trong khi đi qua không gian nhỏ hẹp giữa các hạt
4
của bộ lọc, các tạp chất được loại bỏ. Nước tiếp tục đường đi thông qua các sỏi hỗ
trợ, đi vào dưới hệ thống thoát nước hệ thống, và sau đó chảy vào hồ chứa. Nó là
lớp vật liệu lọc, bao gồm cát hoặc than antraxit, mà thực sự loại bỏ các tạp chất
khỏi nước. Các lớp vật liệu lọc thường xuyên được làm sạch bằng một quá trình rửa
ngược.[3]
1.4.2. Cơ chế của quá trình lọc:
Cơ chế sàng:
- Hạt> không gian lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc thì các tạp chất chèn ép ra khỏi lớp
vật liệu lọc bằng phương pháp cơ học.
- Hạt < không gian lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc thì các tạp chất bị mắc kẹt lại trên
lớp vật liệu lọc bởi sự tiếp xúc ngẫu nhiên.
Lắng đọng trầm tích
Hạt định cư trên các phương tiện lọc.
Sự va chạm
Hạt nặng sẽ không tuân theo các dòng chảy.
Ngăn chặn
Các hạt di chuyển dọc theo dòng nước được loại bỏ khi chúng tiếp xúc với bề mặt
của môi trường lọc
Độ bám dính
Các hạt keo tụ gắn liền với lớp vật liệu lọc khi chúng đi qua lớp lớp vật liệu lọc.
Sự hấp phụ (hóa học hoặc vật lý hoặc cả hai):
Khi một hạt đã được đưa vào tiếp xúc với bề mặt của lớp vật liệu lọc hoặc với các
hạt khác.
Keo tụ
Hạt lớn vượt qua các hạt nhỏ hơn, gia nhập vào nhau, và hình thành những phần tử
lớn hơn.
Tăng trưởng sinh học
Tăng trưởng sinh học trong bộ lọc sẽ làm giảm khối lượng lỗ rỗng và có thể tăng
cường việc loại bỏ các những hạt với bất kỳ cơ chế loại bỏ trên.
Chất tập trung trên bề mặt của môi trường lọc + chất dinh dưỡng có sẵn → Sinh vật
bắt đầu phát triển trên bề mặt của bộ lọc. Một tấm thảm được hình thành có chứa
chất nhớt '' zoogleal '' sinh vật được gọi là '' Schmutzdecke ''.[9]
5
1.4.3. Vật liệu lọc
Bảng 1.1: Đặc điểm của các vật liệu lọc điển hình
Vật liệu Phạm vi kích
thước (mm)
Trọng lượng riêng
Cát thông thường 0.5-0.6 2.6
Cát thô 0.7-3.0 2.6
Than antraxit / than đá 1.0-3.0 1.5-1.8
Sỏi 1.0-50 2.6
Hai yếu tố quan trọng để đánh giá và lựa chọn vật liệu lọc:
- Yêu cầu về thời gian để loại bỏ độ đục thông qua các bể lọc.
- Thời gian cần thiết cho các bộ lọc để hạn chế được tổn thất ban đầu.
Nếu tổn thất áp lực được hạn chế thường xuyên và độ đục tăng đột ngột hiếm khi xả
ra thì kích thước vật liệu lọc lớn có thể được xem xét. Nếu độ đục thường xuyên
tăng đột ngột và tổn thất ban đầu là hiếm khi gặp phải thì kích thước vật liệu lọc
nhỏ có thể được xem xét.
6
CHƯƠNG 2. LỌC CÁT NHANH TRỌNG LỰC
Lọc cát nhanh trọng lực là một phương pháp vật lý làm sạch nước uống trên mức độ
tập trung ( hoặc bán tập trung).
2.1. Vật liệu lọc
Các vật liệu lọc phổ biến trong lọc nhanh trọng lực là cát, trong đó phía trên có một
lớp nguyên liệu than hoặc lớp tương tự như cát nhằm cung cấp khoảng không gian
trống để lưu trữ các tạp chất trong nước. Hỗn hợp lớp vật liệu lọc nâng cao hơn nữa,
trong đó 1 lớp granet hoặc các vật liệu tương tự được đặt dày đặt dưới cát. Vật liệu
trơ khác cũng có thể được sử dụng như: than hoạt tính, sỏi thường được sử dụng để
hỗ trợ các phương tiện truyền bộ lọc, đặc tính mong muốn cho các vật liệu lọc như
sau:
• Đặc điểm thủy lực tốt (thấm);
• Không phản ứng với các chất trong nước (trơ và dễ dàng để làm sạch);
• Cứng và độ bền cao;
• Loại bỏ tạp chất;
• Không tan trong nước.
Sỏi được sử dụng để hộ trợ các bộ lọc cát và cũng cần phải có những đặc điểm như
trên. Nó được tùy chỉnh cho đồng nhất với bộ lọc cát nhanh chóng cả về quy mô và
hiệu quả. Một tiêu chuẩn Anh cho các đặc điểm kỹ thuật, phê duyệt và thử nghiệm
các nguyên liệu lọc nhanh trọng lực đã được công bố bởi người Anh. Hiệp hội nước
và nước thải đã đề ra 6 tiêu chuẩn nhằm mục đích bao gồm tất cả các vật liệu dạng
hạt được sử dụng trong lọc nhanh trọng lực, về các thông số cần thiết cho thành
công trong hoạt động của hệ thống lọc bao gồm lọc ngược.
7
Hình 2.1. Vật liệu lọc
Bảng 2.1. Đặc điểm của vật liệu lọc
Vật liệu Hình
dáng
Mật độ
tương đối
Độ
rỗng
(%)
Đường kính
hiệu dụng
(mm)
Cát silic Tròn 2.65 42 0.4-1.0
Cát silic Góc cạnh 2.65 53 0.4-1.0
Cát ottawa Hình cầu 2.65 40 0.4-1.0
Sỏi silic Tròn 2.65 40 1.0-50
Hồng ngọc(garnet) 3.1-4.3 0.2=0.4
Than antraxit nghiền nát Góc cạnh 1.50-1.75 55 0.4-1.4
Nhựa Lựa chọn đặc điểm bất kì
Thông thường,vật liệu lọc cát nhanh chóng là cát. Tuy nhiên, hình thức vật liệu lọc
8
khác được sử dụng vì những lý do cụ thể.
Cát được xác định bởi:
• Khoáng chất - thường là silic (còn gọi là thạch anh)
• Kích thước tối thiểu - tất cả các hạt được giữ lại trên một cái rây đặc biệt
• Kích thước tối đa - tất cả các hạt lọt qua sàng kích thước khẩu độ đặc biệt
• d
60
- đường kính trong đó 60% (theo khối lượng) của các hạt nhỏ hơn
• d
10
- đường kính trong đó 10% (theo khối lượng) của các hạt nhỏ hơn
Hệ số
•
Tính đồng nhất – tỷ lệ d
60
/ d
10
•
hình dạng hạt - thường là phụ góc hoặc tròn
2.1.1. Đường kính hiệu dụng:
Kích thước hạt là yếu tố đặc trưng chính ảnh hưởng đến hoạt động của bộ lọc. Nó
ảnh hưởng đến tổn thất áp suất trong quá trình làm sạch nước, sự tích tụ của tổn thất
áp suất trong vận hành bộ lọc
Hình 2.2 .Lớp vật liệu lọc trong lọc nhanh trọng lực
9
Hình 2.3. Phân phối tần số tích lũy
2.1.2. Hệ số đồng nhất
Hiệu quả kích thước và hệ số đồng nhất bị bỏ qua và tham số mới, kích thước thủy
lực, được xác định. Các tham số này có thể được sử dụng trong tính toán các
ngưỡng tầng sôi, các điểm rửa ngược nơi thủy lực ( áp lực) mất qua vật liệu lọc.
Phân tích rây sàng:
• Tấm sàng được đặt trong thứ tự tăng dần với mở lớn nhất trên đầu và mở nhỏ
về phía dưới.
• Vừa được đặt trên rây trên và các ngăn xếp chồng lên nhau rung chuyển
trong 1 thời gian quy định.
• Vào cuối giai đoạn run khối vật liệu giữ lại trên mỗi sàng được xác định
• Khối lượng tích lũy được ghi lại và chuyển đổi thành tỷ lệ phần trăm theo
khối lượng bằng hoặc nhỏ hơn kích thước chia tách của rây nằm phía trên.
Bằng cách phân tích rây sàng ta có:
• d
10
(kích thước hiệu dụng): kích thước mở sàng trong cho phép 10% các hạt
đi qua lớp vật liệu lọc.
• d
60
(kích thước hiệu dụng): kích thước mở sàng trong cho phép 60% các hạt
đi qua lớp vật liệu lọc.
Vậy hệ số đồng nhất (d
60
/ d
10
) .
10
2.1.3. Độ rỗng
Thông số quan trọng khác là tính toán được mật độ vật chất hoặc độ rỗng của vật
liệu lọc vì nó được biết đến một cách phổ biến hơn. Độ rỗng phụ thuộc vào hình
dạng của các hạt. Hạt tròn thường có độ rỗng nhỏ hơn và có thể được rửa sạch ở tốc
độ rửa ngược thấp. Than antraxit là một loại vật liệu nghiền nát, là một ví dụ tốt về
vật liệu lọc có độ xốp cao, nó đã được sử dụng từ lâu.
Trong quá trình lọc, rửa ngược có thể quan trọng hơn so với giai đoạn lọc về phía
trước. Nếu tốc độ rửa ngược là quá cao, vật liệu lọc có thể bị mất nhanh chóng. Nếu
nó quá thấp, hiệu quả làm sạch sẽ giảm đột ngột, bộ lọc sẽ không còn được làm
sạch đúng và hiệu suất lọc sẽ nhanh chóng xấu đi. Trình tự rửa ngược phải được lựa
chọn phù hợp với vật liệu sử dụng, nhiệt độ nước rửa ngược, trình tự rửa ngược
phải được điều chỉnh nếu vật liệu lọc có kích thước, mật độ hoặc tỷ lệ lỗ rỗng khác
nhau. Lựa chọn vật liêu lọc thích hợp để lọc trọng lực nhanh chóng phụ thuộc vào
nguồn nước, chất lượng thiết kế bộ lọc và dự đoán tốc độ. Nhìn chung, vật liệu lọc
đồng nhất tích tụ tổn thất ban đầu chậm hơn. Truyền bộ lọc với tính đồng nhất với
hệ số dưới 1.5 là dễ dàng .Vật liệu lọc với tính đồng nhất ít hơn 1.3 chỉ có với chi
phí cao. Đặc điểm của vật liệu lọc điển hình được đưa ra trong bảng sau.
Hình 2.4. Lọc cát nhanh trọng lực
11
2.2. Thiết kế bể lọc cát nhanh trọng lực
Mặt cắt của một bộ lọc trọng lực được thể hiện trong hình bên dưới. Trong lọc,
nước đi vào phía trên lớp vật liệu lọc thông qua một máng vào. Sau khi đi xuống
thông qua các lớp vật liệu dạng hạt (24-30 inch dày) và lớp sỏi hỗ trợ, nó được thu
thập trong hệ thống rãnh ngầm và thải qua các ống rãnh ngầm. Trong quá trình rửa
ngược, nước rửa đi lên trên qua bộ lọc nơi các tạp chất tích lũy trong lớp vật liệu .
Sau khi đi vào đường ống rãnh ngầm, nó được phân phối bởi rãnh ngầm chảy trở
lên, bằng thủy lực mở rộng lớp vật liệu. Các nước được thu gom trong các máng rửa
nước để xả vào máng đầu ra. Trong rửa ngược, tay khuấy xoay và phun nước vào
lớp vật liệu lọc để mở rộng, nới lỏng lớp vật liệu lọc.
Xây dựng hệ thống lọc trọng lực điển hình của một một nhà máy xử lý nước được
minh họa trong hình bên dưới. Các bộ lọc được đặt trên cả hai mặt của một hành
lang ống có chứa đầu vào và đầu ra đường ống, đường dây đầu vào rửa nước, rửa
nước cống rãnh. Hành lang được trang bị bởi một tầng điều hành, nơi kiểm soát
bảng điều khiển đặt gần bộ lọc. Nước xử lý sạch được lưu trữ dưới một phần của
khu vực lòng lọc.
12
Hình 2.5. Hệ thống lọc nhanh trọng lực điển hình trong xử lý nước
2.2.1. Ước tính độ sâu của cát
Độ sâu của lớp cát nên được đảm bảo sao cho các bông keo tụ không vượt qua lớp
cát lọc. Thông thường, độ sâu của cát thay đổi từ 60 đến 90 cm.
Hình 2.6. Lớp cát và sỏi trong bể lọc
13
Các bước để ước tính thiết kế độ sâu của cát:
Độ sâu của cát có thể được đối chiếu với sự tăng các bông keo tụ qua lớp cát lọc,
tính toán độ sâu tối thiểu theo yêu cầu của công thức Hudson:
Q*D3*H / L = B
i
* 29.323
Trong đó:
Q = Vận tốc lọc, m
3
/ m
2
/ h
D = Đường kính cát, mm
H = Tổn thất áp lực giai đoạn cuối, m
L = chiều sâu của lớp cát, m
B
i
= phá vỡ chỉ số có giá trị dao động trong khoảng 0,00004-,006 tùy thuộc
vào phản ứng đến đông tụ và mức độ tiền xử lý trong bộ lọc chảy đến.
2.2.2. Kích thước lớp sỏi đỡ :
Vật liệu cát lọc được nâng đỡ bởi lớp sỏi đỡ phía dưới. Sỏi đỡ phải là các hạt có
dạng khối đa giác, hoặc hình cầu; có đủ độ bền, độ cứng để không là giảm chất
lượng trong quá trình bốc xếp và sử dụng . Sỏi đỡ không được lẫn đất sét, diệp
thạch hoặc các tạp chất hữu cơ . Tổng chiều sâu của lớp sỏi đỡ thay đổi 45- 60 cm
và thường được cấu tạo từ các lớp sau đây:
Bảng 2.2: Kích thước và chiều sâu của lớp sỏi đỡ
Lớp Độ sâu Cỡ hạt
Lớp trên cùng 15 cm 2mm – 6mm
Lớp giữa 15 cm 6mm – 12mm
Lớp trung gian 15 cm 12mm – 20mm
Lớp dưới 15 cm 20mm – 50mm
Để hạn chế sự xáo trộn của lớp sỏi do tốc độ rửa lọc cao trong suốt thời gian rửa
nên có một lớp đá có độ dày từ 6cm đến 8cm được đặt ở trên của lớp sỏi.
2.2.3. Ước tính phân phối kích thước cỡ hạt :
Kích thước giả thiết của hạt là 2mm ở lớp trên và 50mm ở lớp phía dưới. Độ sâu
cần thiết ( l ) tính bằng cm của một lớp sỏi thành phần và cỡ hạt ( d ) tính bằng mm
có thể được xác định từ công thức thực nghiệm sau đây:
l = 2.54 * k * ( log d )
Trong đó k thay đổi từ 10 đến 14
14
2.2.4. Tính toán thiết kế máng nước rửa
Máng nước rửa được cung cấp ở trên cùng của bộ lọc để thu lại nước rửa sau khi nó
nổi lên từ cát và tiến hành thu nó vào cống hoặc rãnh nước rửa. Chúng là máng RI
hoặc máng RCC kéo dài theo chiều ngang hoặc chiều dài của bể chứa. Đáy của
máng được giữ trên đỉnh của cát đã mở rộng để ngăn chặn khả năng mất mát của cát
cát trong rửa ngược. Đồng thời mép trên của máng nên được đặt đủ gần bề mặt của
cát để một số lượng lớn nước bẩn được đưa ra ngoài hoàn toàn sau hoàn thành
rửa .Các máng phải đủ lớn để thu nhận tất cả các nước gửi đến. Bất kỳ sự ngập
nước của rãnh nước sẽ làm giảm hiệu quả của rửa. Đáy của máng được giữ ít nhất
5cm trên đỉnh cao nhất của cát .Các khoảng cách của máng nước rửa nằm trong
khoảng 1,5-2 cm.
Hình 2.7. Khoảng cách máng rửa
Khoảng cách giữa các máng = chiều rộng của máng / số máng
Xả mỗi máng = tổng lưu lượng / số lượng máng
Độ sâu lớp nước ở phía trên được đưa ra bởi
Q = 1,376 * b * y3 / 2
Trong đó:
y: độ sâu của lớp nước
b: Chiều rộng của máng
Độ sâu của đáy = chiều cao tự do + độ sâu của nước
2.2.5. Thiết kế hệ thống thu nước lọc bên dưới:
Hệ thống thu nước lọc phía dưới có nhiệm vụ sau:
• Thu và phân phối nước lọc trên toàn bộ diện tích bể.
• Cung cấp và phân phối nước cho quá trình rửa lọc mà không làm xáo trộn
lớp vật liệu lọc và lớp sỏi đỡ.
Có rất nhiều loại máng thu, nhưng trong chuyên đề này ta thiết kế cho hệ thống
phân phối nước lọc bằng hệ thống ống đục lỗ. Hệ thống này bao gồm một ống
chính và các ống nhánh ở hai bên. Trong bài này, sự chênh lệch phần trên của bể
15
được giảm thiểu bằng cách giữ vận tốc trong đường ống và ống dẫn trong khoảng
thích hợp và đường kính , số lượng và khoảng cách giữa các lỗ phải thích hợp.
Khoảng cách giữa các trục của ống nhánh lấy từ 15 đến 30cm . Đường kính các lỗ
từ 6 đến 12mm, các ống nhánh được khoan hai hàng lỗ phân phối so le ở nữa bên
dưới và có hướng tạo thành một góc 30
0
với phương thẳng đứng. Đặt hệ thống ống
đục lỗ phía dưới lớp sỏi đỡ và trên khối bê tông cách khoảng 4cm so với đáy bể lọc.
Hệ thống này có tốc độ dòng chảy khoảng 700 l/ phút. m
2
để rửa ngược.
Hình 2.8. Hệ thống thu nước lọc phía dưới.
Giá trị của các thông số trong hệ thống thoát nước phía dưới:
• Tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính của ống nhánh không được vượt quá 60 .
Khoảng cách giữa các ống nhánh lấy từ 150 đến 300mm.
• Đường kính lỗ phân phối lấy từ 5 đến 12mm.
• Khoảng cách giữa các lỗ thay đổi từ 80mm đến 200mm.
• Tỷ lệ tổng diện tích lỗ phân phối trong hệ thống thoát nước so với tổng diện
tích mặt cắt ngang của ống nhánh không nên vượt quá 0.5 – 0.25.
• Tỷ lệ tổng diện tích lỗ trong hệ thống thoát nước trên toàn bộ diện tích bể lọc
thấp từ 0.002 – 0.003.
• Diện tích ống phân phối tốt nhất là từ 1.5 đến 2 lần tổng diện tích ống nhánh
nhằm giảm thiểu tổn thất ma sát và nước được phân phối tốt nhất.
2.2.6. Tính toán tổn thất áp suất trong bộ lọc
Tổn thất áp suất trong thau rửa bộ lọc được tính toán bằng cách sử dụng phương
trình sau đây:
h =
Trong đó:
L
e
= Chiều sâu giãn nở lớp vật liệu lọc, m
16
ε
e
=Giãn nở độ rỗng của lớp vật liệu lọc, không thứ nguyên
ρ = Tỷ trọng nước; kg / m
3
ρ
s
= Tỷ trọng các hạt lọc; kg / m
3
[8]
2.3. Thau rửa bể lọc
2.3.1. Giới thiệu chung về thau rửa bể lọc
Khi bộ lọc bắt đầu tắc nghẽn từ chất rắn tích lũy, nước đi qua sẽ giảm. Vào một lúc
nào đó, việc thau rửa lọc phải được tiến hành. Bộ lọc hoạt động bình thường trước
khi làm sạch là từ một vài giờ đến 2 ngày. Làm sạch được thực hiện bằng cách đảo
ngược dòng chảy của nước để bộ lọc, hoặc rửa ngược.
Hình 3.1. Qúa trình vận hành lọc và thau rửa lọc
Rửa ngược không chỉ quan trọng đối với hoạt động của một bộ lọc, nó là nền tảng
cho chất lượng nước ra khỏi bộ lọc. Sớm hay muộn, tất cả bộ lọc cần phải được rửa
ngược hoặc thay thế.
17
Hình 3.2. Quá trình thau rửa bể lọc trong lọc cát nhanh trọng lực
Hầu hết các hệ thống xử lý nước sử dụng bộ lọc để lựa chọn, giữ lại, hoặc tập hợp
các hạt từ dòng chảy đến. Khi các lỗ rỗng của bộ lọc bị tắc, chúng cần phải được
làm sạch. Một trong những cách tốt nhất để làm sạch bộ lọc hệ thống xử lý nước là
rửa ngược nó, có nghĩa là đảo ngược dòng chảy và tăng tốc độ mà tại đó nước
chuyển lại thông qua bộ lọc. Mặc dù mỗi bộ lọc có đặc điểm riêng, các nguyên tắc
của rửa ngược là tương tự cho tất cả các bộ lọc. Một thành phần quan trọng để hoạt
động rửa ngược bộ lọc hiệu quả là sử dụng nước sạch, thường ra khỏi cũng sạch.
Hình bên dưới cho thấy quá trình rửa ngược.
Bể lọc nhanh trọng lực – bể lọc cát nhanh trọng lực, một lớp , hai lớp hay nhiều lớp
vật liệu lọc - yêu cầu làm sạch định kỳ để loại bỏ các chất rắn tích lũy. Trong suốt
chu trình làm sạch, hoặc rửa ngược, dòng chảy bị đảo ngược và tốc độ dòng chảy là
13-20 gals / m
2
/ phút được dẫn qua bể để loại bỏ chất rắn tích lũy. Trong quá trình
này, các bể đã mở rộng trở thành chất lỏng trong bể được giãn nở để loại bỏ của các
chất rắn tích lũy. Tốc độ rửa ngược phụ thuộc vào một số yếu tố liên quan đến thiết
kế bể lọc và nhiệt độ nước. Thông thường, tốc độ rửa ngược sẽ trong khoảng 15-17
gals / m
2
/ phút. Các kỹ sư tư vấn chịu trách nhiệm về thiết kế nhà máy hoặc nhà
cung cấp thiết bị lọc thông thường sẽ cung cấp một đường cong để xác định tốc độ
rửa ngược thích hợp dựa trên thiết kế bể lọc chi tiết. Hình dưới đây là một ví dụ của
đường cong.
18
Hình 3.3. Tốc độ rửa ngược với nhiệt độ nước
Hình 3.4. Quá trình thau rửa lọc
19
2.3.2. Kỹ thuật thau rửa bể lọc ( rửa ngược).
Rửa ngược cho đến khi nước sạch (miễn là có đủ nước sạch để rửa ngược). Hầu hết
các hệ thống đều có số lượng giới hạn của nước sạch, đó là lý do tại sao không để
bộ lọc quá bẩn hoặc quá thời gian quy định cho vận hành bộ lọc. Một số hệ thống
nhỏ không sử dụng nhiều nước khi rửa ngược vì họ có thể có lượng nước giới hạn
để làm sạch bộ lọc, hoặc hệ thống có thể phải đối phó với hạn hán và phải tiết kiệm
nhiều nước. Tuy nhiên, hệ thống cần phải cung cấp đủ nước để làm sạch bộ lọc để
đảm bảo chất lượng nước tốt cho khách hàng.
Có một số kỹ thuật có thể được sử dụng để nâng cao hoặc đẩy nhanh quá trình rửa
ngược:
• Thêm một hệ thống rửa trên bề mặt. Hệ thống này là một loạt các vòi phun
nước có thể được cố định hoặc một thiết bị quay vòng và đến vào đầu của chu kỳ
rửa ngược và thường kết thúc trước giữa của chu kỳ. Cũng có thể một loạt các vòi
phun nước trong lớp vật liệu lọc (rửa dưới bề mặt) mà đến lớp vật liệu lọc là hoàn
toàn hóa lỏng (rửa ngược đầy đủ ). Dòng chảy cho vòi phun cố định nên có hai lít
mỗi phút mỗi foot vuông và 0,5 lít mỗi phút mỗi foot vuông để xoay hệ thống.
• Thêm một hệ thống xói khí. Hệ thống này là một loạt các ống dẫn khí nhỏ
bằng máy khuếch tán ở dưới cống hoặc cao hơn dưới cống mà thổi không khí không
bị ô nhiễm để giúp bóng bùn bị phá vỡ.
• Luôn luôn phun bên trong những bức tường lọc xuống với nước sạch sử
dụng uống được trong quá trình rửa ngược trên tốc độ lọc nhanh trọng lực.
• Tăng hoặc thay đổi tỷ lệ rửa ngược, nhưng không quá nhiều khi đá sỏi hỗ trợ
có thể bị dời chỗ và tạo ra một vấn đề lớn.
2.3.3. Quy định đối với thau rửa bộ lọc.
Các bộ lọc nên được rửa ngược khi có các điều kiện sau đây:
• Tổn thất áp lực quá cao mà bộ lọc không còn sản xuất được nước theo tỷ lệ
mong muốn;
• Các bông keo tụ liên tục tăng vượt qua các bộ lọc và độ đục trong bộ lọc
nước thải tăng;
• Thời gian chạy bộ lọc đạt đến một giờ nhất định của hoạt động.
• Nếu một bộ lọc được lấy ra khỏi hệ thống cho một số lý do, nó phải luôn
luôn được rửa ngược trước được đưa trở lại trực tiếp.
Quy định đối với thau rửa lọc:
• Một tỷ lệ rửa ngược tối thiểu 15 gallon / phút / ft
2
hoặc với tốc độ tối thiểu để
giãn nở 50% lớp vật liệu lọc. Tỷ lệ giảm xuống còn 10 gallon / phút / ft
2
có thể chấp
nhận cho bộ lọc than antraxit đủ sâu hoặc bộ lọc than hoạt tính dạng hạt.
• Nước đủ để rửa ngược 1 bộ lọc cho ít nhất 15 phút với tốc độ thiết kế rửa
ngược.
• Điều chỉnh máy hoặc van điều khiển cho mỗi bộ lọc để có được tốc độ rửa
20
lọc mong muốn.
• Tốc độ của mỗi dòng chảy trên đồng hồ của dòng nước rửa chính bố trí sao
cho nó dễ dàng đọc bởi người vận hành trong quá trình rửa lọc trở lại.
• Thiết kế để ngăn chặn những thay đổi nhanh chóng trong dòng nước rửa
ngược
Hình 3.5. Thau rửa lọc
2.3.4. Chu trình rửa ngược( thau rửa lọc)
Rửa ngược là một bước rất quan trọng trong hoạt động của một bộ lọc. Nếu bộ lọc
không rửa ngược hoàn toàn, nó sẽ dần dần phát triển các vấn đề trong quá trình hoạt
động. Muốn bộ lọc hoạt động hiệu quả, nó phải được làm sạch trước khi vận hành
lọc. Nước sử dụng trong chu trình rửa ngược là nước đã qua xử lý, và thường được
lấy từ bể chứa cao hoặc bơm vàotừ dòng nước đã làm sạch tốt.
Trong quá trình lọc, các lớp vật liệu của bộ lọc trở nên bị phủ một lớp các bông keo
tụ, bịt kín các lỗ rỗng giữa các hạt, làm cho các bộ lọc làm sạch khó khăn. Các lớp
vật liệu lọc phải được mở rộng để làm sạch bộ lọc trong quá trình rửa ngược. Sự mở
rộng này gây ra các hạt lọc chà xát dữ dội với nhau để đánh bật các các bông keo tụ
từ cáclớp vật liệu lọc. Tỷ lệ thau rửa lọc có thể đủ lớn để mở rộng và khuấy động
các lớp vật liệu lọc và giữ lại các bông keo tụ trong nước để loại bỏ. Tuy nhiên, nếu
vận tốc rửa ngược quá cao, lớp vật liệu lọc sẽ được rửa sạch từ bộ lọc xuống đáy và
ra khỏi bộ lọc. Một tỷ lệ ngược bình thường là giữa 15-23 gpm mỗi ft
2
diện tích bề
mặt lọc. Trong hầu hết các trường hợp, tốc độ rửa ngược bộ lọc sẽ không phá vỡ
21
các khối trên cùng của bộ lọc. Các kỹ sư thiết kế khuyên bạn nên lắp đặt một loại
hình rửa bề mặt, phổ biến nhất là một tập hợp các cánh khuấy được treo trên các lớp
vật liệu lọc trong quá trình lọc. Trong khi rửa ngược, các lớp vật liệu lọc mở rộng
lên trên và xung quanh cánh khuấy rửa ngược. Một phương pháp mới hơn của rửa
bề mặt liên quan đến việc sử dụng xói khí trước khi rửa nước. Đây là một phương
pháp rất hiệu quả nhưng đòi hỏi việc lắp đặt một máy thổi khí lớn để sản xuất khí.
Thiết kế bình thường đối với không khí rửa sẽ là 2-5 feet khối khí mỗi ft
2
diện tích
lọc.
2.3.5. Các phương pháp thau rửa lọc
Trong nhiều năm, người ta tin rằng các bộ lọc nhanh chóng phải được rửa rất nhẹ
nhàng để không loại bỏ các màng sinh học được bao phủ lớp vật liệu lọc. Tuy
nhiên, trong những năm đầu của thế kỷ 20, nó đã được đánh giá cao là một lớp vật
liệu lọc của bộ lọc sạch xử lý tốt hơn so với một lớp vật liệu lọc bao phủ bằng lớp
màng sinh học. Do đó, phương pháp khác nhau để cải thiện hiệu quả rửa ngược đã
được phát triển. phương pháp phổ biến và ưu nhược điểm của chúng được mô tả
dưới đây
Rửa ngược bằng chất lỏng nếu không có phương pháp rửa bổ trợ khác
Phương pháp này chỉ liên quan đến việc rửa bộ lọc với một tỷ lệ dòng rửa ngược đủ
cho đến khi nước rửa được thoát khỏi bộ lọc là hoàn toàn sạch sẽ.
Kinh nghiệm đã chỉ ra rằng dòng nước rửa ngược đơn sẽ không ngăn chặn bóng bùn
và nứt bộ lọc trong xử lý nước thô không liên quan đến vận tốc rửa ngược sử dụng.
Vì hầu hết các ứng dụng đòi hỏi việc sử dụng các chất keo tụ để đạt được độ đục
chấp nhận được, dòng nước rửa ngược đơn bây giờ ít khi được sử dụng trong các
nhà máylý nước công nghiệp. Tuy nhiên, nhiều nhà máy xử lý trên thế giới đang
phát triển và nhiều nhà máy xử lý nhỏ ở các vùng nông thôn của Nam Phi vẫn sử
dụng hệ thống này vì chi phí vốn đầu tư thấp hơn và hoạt động đơn giản. Thật
không may, chủ sở hữu và nhà vận hành của nhà máy xử lý nhỏ thường không hiểu
rằng hệ thống rửa ngược của họ là không đầy đủ và không có biên pháp thích hợp
khi có vấn đề phát sinh.
Rửa ngược bằng xói không khí
Rửa ngược với xói không khí là phương pháp rửa ngược phụ trợ được lựa chọn ở
châu Âu và cũng ở Nam Phi. Hệ thống xói không khí cung cấp cho toàn bộ diện tích
các bộ lọc từ các lỗ dưới vật liệu lọc. Xói không khí đã được sử dụng độc lập (rửa
nước và không khí liên tục) hoặc cùng với nước rửa ngược tốc độ thấp trong một
lớp vật liệu chưa giãn nở hoặc hơi mở rộng (không khí và nước kết hợp). Cả hai loại
xói không khí đã được tìm thấy là rất hiệu quả trong việc ngăn ngừa lọc bóng bùn.
Sói không khí độc lập sau đó rửa nước tốc độ thấp thường được sử dụng trong các
22
vật liệu lọc nhỏ với 0,6-1,2 mm đường kính hiệu dụng (lớp vật liệu lọc). Đường
kính hiệu dụng, còn được gọi là d
10
, là đường kính sàng thông qua đó 10% khối
lượng qua lớp vật liệu lọc . Sói khí độc lập tiếp theo rửa ngược nước tốc độ cao
được sử dụng trong các bộ lọc kép và đa lớp vật liệu lọc đồng thời rửa nước và
không khí thường được dành riêng cho lớp vật liệu lọc hạt thô và sâu (kích thước
hiệu quả 1 - 2 mm).
Những lợi thế của hệ thống xói khí là hiệu quả làm sạch của chúng tương đối cao và
yêu cầu nước thấp hơn so với các hệ thống rửa bề mặt và dưới bề mặt được mô tả
tiếp theo. Nhược điểm của chúng bao gồm: yêu cầu sử dụng máy thổi khí và chúng
phức tạp hơn để hoạt động và duy trì. Hơn nữa, vận hành không đúng (chuyển
không khí vào quá nhanh, quá cao hoặc không đúng lúc) có thể dẫn đến lớp vật liệu
lọc tổn thất quá nhiều và thiệt hại cho các vòi phun và hệ thống thu nước rửa lọc
phía dưới. Đối với những lý do này, hệ thống xói không khí không được khuyến
khích ứng dụng cho xử lý ở nông thôn, nơi hoạt động và bảo dưỡng không được
đảm bảo.
Rửa trên bề mặt và dưới lớp vật liệu lọc
Rửa trên bề mặt là một cơ chế cung cấp vòi phun của nước khoảng 5cm so với mặt
lớp vật liệu, qua lớp vật liệu lọc cố định để tăng xáo trộn của các qua lớp vật liệu
lọc trong thời gian rửa ngược và do đó hỗ trợ việc giải phóng các hạt tích lũy. Hệ
thống rửa trên bề mặt có thể là cố định hoặc quay. Hệ thống cố định xả nước rửa
phụ trợ từ các vòi phun đặt cách đều nhau trong một mạng lưới đường ống trong khi
tay quay có tay mà xoay trên mạng ống trung tâm. Hệ thống quay cung cấp một chu
trình làm sạch tốt hơn, nhưng có nhiều khả năng thất bại do các vấn đề về cơ khí.
Hệ thống rửa dưới bề mặt đôi khi được sử dụng trong các bộ lọc kép hoặc đa lớp vật
liệu lọc và có vòi phun bên dưới bề mặt của lớp vật liệu cố định. Vòi phun bị bịt
kín có thể gây ra vấn đề với hệ thống rửa dưới bề mặt.
Hệ thống rửa trên bề mặt đã được sử dụng rộng rãi để nâng cao hiệu quả rửa ngược
lớp vật liệu lọc ở Mỹ, Nam Mỹ và Nhật Bản nhưng ít được sử dụng ở những nơi
khác trên thế giới. Theo như các tác giả cho biết, rửa trên bề mặt và dưới bề mặt ít
được sử dụng ở Nam Phi nếu có. Hiệu quả của rửa bề mặt được tìm thấy sẽ được so
sánh với rửa không khí và nước liên tục. Cả hai hệ thống có thể không có hiệu quả
trong việc làm sạch các khu vực nhất định của lớp vật liệu, đặc biệt là nếu bóng bùn
chìm vào lớp vật liệu và đi ra khỏi vùng xáo trộn tối đa.
Những lợi thế của hệ thống rửa bề mặt bao gồm: Chúng tương đối đơn giản để lắp
đặt (so với xói không khí) và chỉ cần một nguồn nước áp lực kết hợp với hệ thống
các vòi phun. Bảo trì cũng là tương đối dễ dàng khi hệ thống được đặt trên bề mặt
lớp vật liệu lọc. Loại lưới cố định của hệ thống rửa bề mặt được đề xuất trên cho
các nước đang phát triển vì sự đơn giản trong thiết kế, không cần bộ phận chuyển
23